时间：2023-06-12 14:44:31
汽车中电器的技术含量和数量是衡量汽车性能的一个重要标志。汽车电器技术含量和数量的增加，意味着汽车性能的提高。但汽车电器的增加，同样使汽车电器之间的信息交互桥梁———线束和与其配套的电器接插件数量成倍上升。在1955年平均一辆汽车所用线束总长度为45米；而到了2002年，一辆汽车所用的平均线束总长度达到了4000米。线束的增加不但占据了车内的有效空间，增加了装配和维修的难度，提高了整车成本，而且妨碍了整车可靠性的提高。
为了在提高性能与控制线束数量之间寻求一种有效的解决途径，在20世纪80年代初，出现了一种基于数据网络的车内信息交互方式———车载网络。
车载网络采取基于串行数据总线体系结构，这是业界的共识。在各种串行数据总线中，最常见的是PC机上的串口UART，因此最早的车载网络是在UART的基础上建立的，如通用汽车的E&C、克莱斯勒的CCD、福特的ACP、丰田的BENA等车载网络都是UART在汽车上的应用实例。UART在汽车上的成功应用，标志着汽车电器系统在融入汽车电子之后，再一次向汽车网络化方向迈进。
由于汽车具有强大的产业背景，随后车载网络由借助通用微处理器/微控制器集成的通用串行数据总线，逐渐过渡到根据汽车具体情况，在微处理器/微控制器中定制专用串行数据总线，如CAN、LIN、Byteflight和FlexRay等都是为汽车定制的专用串行数据总线。20世纪90年代中期，美国汽车工程师协会(SAE)下属的汽车网络委员会，为了规范车载网络的研究设计与生产应用，按网络的传输速率将车用总线划分为A、B、C三类。车载网络的分类标志着业界已接纳车载网络这一全新的技术，并使其进入产业化阶段。
现代车载网络显示了在现代汽车中从复杂的动力系统到简单的座椅、车灯、车门控制，从集成了全球定位系统(GPS)的车载导航仪到单一的音响喇叭，处处可见网络的踪迹，网络已成为各汽车电器/汽车电子之间的信息纽带。
产业化进展迅速
网络技术在汽车上的应用，不但增强了汽车的性能，而且减少了线束的用量。2003年6月在南京菲亚特下线的“派力奥·周末风”，由于采用了汽车整体车载网络技术，从而减少了23的线束，降低元件重量2.8千克。在“派力奥·周末风”中，车载网络将前照灯照明、前/后窗自动玻璃清洗控制、转向灯控制、后风窗雨刮器、内部照明系统、单点触电动窗自动升降、电子防盗系统通过网络连为一体。
由于车载网络不但增强了汽车性能，而且还降低了整车汽车电器/汽车电子系统的成本。为此收集了一些数据，希望从这些数据中能反映出车载网络的发展过程和现状。
近两年在中国生产，价格在8万元～20万元之间，采用车载网络的轿车、SUV情况。价格在20万元以下的轿车属于普及型轿车，但车载网络却在近两年在中国生产的普及型轿车中占据了相当大的比重，说明车载网络已在轿车中进入产业化阶段，它不再是高档轿车独享的专用高级技术。说明CAN总线已成为普及型轿车车载网络的主流。
在车载网络的发展过程中，通信介质已日益引起关注，目前POF已得到大量应用。此前德国宝马汽车公司宣布在2002年3月上市的最高级新款轿车“BMW7”系列中采用了50米POF。它表明大量采用POF车载网络的汽车已经开始进入实用阶段。
数据通信对速度的要求是永无止境的。在车载网络的发展过程中，介质的通信速度是制约车载网络应用和发展的一个重要因素。POF在汽车上的成功应用，不但推动了以Byteflight、FlexRay和MOST等现有的以POF为介质的高速车载网络的产业化应用，而且为下一代车载网络的发展创造了条件。随着人类生活空间的拓展，IT融合于汽车之中是未来发展的必然趋势，而作为IT装置之间实施信息交互媒介的网络，将会有更多类似于IEEE1394、Bluetooth等IT领域应用的网络向汽车渗透。
中国机会
随着中国经济的高速发展，面对中国巨大的轿车市场，世界上各大汽车制造商纷纷与国内汽车制造厂合作生产轿车，并且所生产轿车的技术含量正逐渐与世界同步。据相关资料报道，近年来在国内生产的轿车中，汽车电子在汽车中所占的比例及其汽车电子的技术含量已超过世界轿车的平均水平。
目前国际汽车工业广泛采用系统开发、项目平台、全球采购、模块化供货等运作方式。最近上海、浙江、广东已在不同程度上起动了汽车电子产业。政府的支持、市场的需求为中国汽车电子的发展提供了良好平台。车载网络是典型的实时嵌入式网络系统，而中国拥有较多的嵌入式系统开发人员，提供了大量的人才储备。这是中国汽车电子的发展机遇，也是具有自主知识产权车载网络在中国的发展机遇。
在“十五”国家电动汽车重大科技专项支持下，由清华大学与北京客车厂等单位开发的燃料电池城市客车、天津清源电动车辆股份有限公司等单位合作研发的XL纯电动轿车、由奇瑞汽车公司等合作单位研发的纯电动轿车都采用了具有自主知识产权的车载网络。目前中国科学院电工研究所汽车电子应用技术研究组在电动汽车重大科技专项支持下，专注于具有自主知识产权的车载网络CAN总线塑胶光纤集线器的研发。赛弗CC6450BY采用了CAN总线标志着车载网络在中国自有品牌汽车中的产业化进程开始了。
而车载网络作为连接车内机械、电器和电子信息的纽带，是整车的核心技术，而国内汽车工业的现状将注定具有自主知识产权的车载网络的大量运用还需要汽车企业和相关技术开发商付出大量的努力。
串行数据总线特点
在计算机技术中，数据总线分为并行数据总线和串行数据总线，串行数据总线是将数据按bit流的方式通过一根或多根通信介质实施信息交互的一种数据通信方式，它的特点是占用信道少、信息容量大。
日常生活中最常见的电视机红外线遥控、以太网、ADSL、USB、RS232等都属于串行数据总线范畴。它和电气信号连接方式的本质区别是信息容量大。由于串行数据总线占用信道少，因此它是内嵌微处理器/微控制器智能零部件或设备与外界实施信息交互的主要方式，在通用微处理器/微控制器中一般集成了一种或数种串行数据总线。
·车载网络的分类
车载网络的分类有两种方式：一种是基于传统的SAE总线分类，另一种是新型专用总线。
传统的SAE总线分类：A类面向传感器/执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常只有1Kbps-10Kbps，主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制；B类面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率一般为10Kbps-100Kbps，主要应用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统，以减少冗余的传感器和其他电子部件；C类面向高速、实时闭环控制的多路传输网，最高位速率可达1Mbps，主要用于悬架控制、牵引控制、先进发动机控制、ABS等系统，以简化分布式控制和进一步减少车身线束。
·POF特性
关键词：车载网络；发动机电控系统；故障诊断
一、引言
为了实现很多系统的信息共享，很多汽车厂商把车上的各控制单元通过网线连接起来，形成车载网络系统。当车载网络系统故障引起电控发动机故障时，如何少走弯路，快速判断故障原因，找出故障所在，不仅是学校在校师生教学的难点，也是很多汽车修理厂技师面临的一个难题。本文以通用车系（雪佛兰科鲁兹）为例，介绍基于车载网络系统故障的电控发动机故障诊断方法和思路。
二、通用车系（雪佛兰科鲁兹）车载网络系统的特点
通用雪佛兰科鲁兹车载网络系统主要包括高速GMLAN、低速GMLAN、底盘扩展总线、线性互联网(LIN)四部分。由于发动机电控系统属于高速GMLAN范畴，故本文只讨论高速GMLAN。高速GMLAN通过网线（双绞线）把车身控制模块、电子控制模块、动力转向控制模块、自动变速器控制模块、发动机控制模块串联在一起，网络两端的电子控制单元内，有终端电阻，目的是防止信号反射造成信号干扰，如图所示。电子控制单元串联使各模块能实现快速信息传输和共享，但相比电子控制单元并联，有个明显的缺陷：如果其中一个控制模块损坏或某一段网线出现故障（开路）会导致整个网络系统无法传输信息而瘫痪。在雪佛兰科鲁兹发动机电控系统中，发动机控制模块K20正常工作与否受车身控制模块K9控制，由高速GMLAN网络示意图可知，如果车身控制模块K9、电子控制模块、动力转向控制模块、自动变速器控制模块或他们之间的网线故障均会影响发动机电控系统工作。
三、通用车系（雪佛兰科鲁兹）车载网络系统（高速GMLAN）故障现象
对于通用车系（雪佛兰科鲁兹）车载网络系统发生故障时，一般都有一些明显的故障特征：其一，整个车载网络不工作或多个控制单元ECU有故障，导致起动机不能运转，进而影响发动机起动。其二，通过专用的故障诊断设备与个别或多个控制单元ECU通信，现象变现为无法与诊断设备连接通讯。
四、通用车系（雪佛兰科鲁兹）车载网络系统故障的故障诊断与排除的方法
当人们通过上述故障现象初步判断出是车载网络故障引起发动机电控系统故障时，可以通过下面步骤作进一步判断，并进行故障排除：第一，通过测量终端电阻的方法确定是否为车载网络系统故障。由通用雪佛兰科鲁兹高速GMLAN网络示意图可知，网络两端的电子控制单元内，有终端电阻。通过发动机故障诊断接口的4和16号脚，可以测量终端电阻的阻值，正常应为60Ω左右；如果测出的阻值大于60欧姆（120欧姆左右），则可以确定为该网络出现网线开路或者某电子控制单元损坏导致内部开路[1]。第二，通过专用的故障诊断设备读取网络上各发动机电子控制模块数据确定故障范围。由通用雪佛兰科鲁兹高速GMLAN网络示意图可知，如果读不到某个控制单元的数据，则可以判断该控制单元之前的控制单元及其网络线有问题。举个例子：如果通过专用的故障诊断设备不能读取Q6控制电磁阀总成（自动变速器控制单元）的数据，则说明该控制单元之前的控制单元（包括车身控制模块、电子制动控制模块、动力转向控制模块）及其网络线都可能有问题。通过再进一步读取身控制模块、电子制动控制模块、动力转向控制模块的数据，这时，如果身控制模块、电子制动控制模块都可以读到数据，则可以把故障范围锁定在动力转向控制模块及其网线上[2]。第三，通过万用表测通断、示波器读取波形或更换控制单元的方法确定故障点。通过步骤2，人们可以把故障范围缩小到某个控制单元及其网络线，那到底是控制单元故障还是其网络线故障，还需进一步判断。一种方法是直接更换控制模块，如果故障消除，则说明是控制模块故障；另一种方法是通过万用表测量或通过示波器读取波形的方法来判断网络线是否正常，如果网线正常则是控制单元故障[3]。
五、结束语
总之，装载有车载网络的发动机电控系统的诊断是十分复杂的，需要人们在学习工作中不断地总结经验，这样才能够提高故障诊断效率，达到事半功倍的效果。
参考文献：
[1]谭本忠.通用车系维修经验集锦[M].北京：机械工业出版社出版.
[2]刘威.汽车CAN网络系统故障分析及诊断方法研究[J].科技与企业，2013(14):120-121.
[关键词]地铁通信；WLAN技术；车地无线
中图分类号：TN925.93 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）04-0365-01
前言
地铁的运营控制中心如调度人员通过（CCTV）随机调取车厢内实时监控图像视频、通信人员通过控制中心经（PIS）往在线列车上下发高清晰的视频节目或者特定信息，都需要借助车地无线通信技术来完成。车地无线通信技术作为地铁车地无线解决方案，为了更好、更高质量地满足电视监视系统和乘客信息系统的功能需求， WLAN 需要提供能够传递高速数据的无线传输通道，同时确保车辆在高速行车时的稳定性及安全性。
一、车地无线WLAN 技术方案
（一）WLAN技术标准比较
无线局域网络（WLAN）的主要标准是IEEE 802.11。 它主要包括IEEE 802.11a、 IEEE 802.11b、IEEE802.11g 和IEEE 802.11n等。其中IEEE 802.11a和IEEE 802.11g在地铁车地无线通信领域中应用较多。
802.11a 的合法频宽 325MHz，工作频率范围为：5.150-5.350 GHz和 5.725-5.850 GHz 频段， 非重叠信道 12 个，其传输速率最高可达54Mbps，调制传输技术采用64QAM OFDM（正交频分复用）技术。但保障最高传输速率下的无障碍接入距离会降低到30m-50m， 而且需要交纳频段使用年费；IEEE 802.11b 的合法频宽83.5MHz，工作频率范围为：2.400GHz-2.483GHz 频段，非重叠信道3 个，共享接入速率最高可达到 11Mbps，调制传输技术采用 CCK DSSS 技术；802.11g 的合法频宽83.5MHz，工作频率范围为：2.400GHz-2.483GHz 频段，也采用 CCK64QAM/OFDM 技术，可支持最高54Mbps 的速率，可以做到与802.11b的兼容。最高传输速率大约是802.11b 的五倍，且不需交纳使用费用。
（二）车地无线WLAN的组网方式
车地无线WLAN组网采用Fit AP+Fat AP相结合的架构方式，轨旁AP相当于Fit AP，车载AP相当于Fat AP。组网设备主要包括： 无线控制器AC、轨旁的无线接入点AP、车载无线网桥MESH 和车载天线以及车载内部交换机等组成部分。整个系统的组网方案符合WLANIEEE 802.11a、IEEE 802.11b和IEEE 802.11g标准。
车地无线WLAN系统主要是实现控制中心与车载子系统之间进行视频数据信息传输的功能。因此，首先需要在控制中心设置一套无线管理系统，实现对车地无线WLAN组网系统内的设备、网络、性能、配置和告警等进行统一的管理。
然后就是在沿线各车站通信机房内，根据车地无线信号覆盖的要求设置分布式数据接入交换单元（即车站无线视频交换机），为与列车车厢内车载数据控制单元之间的无线数据通信做准备。各轨旁Fit AP通过光纤收发器，以100M光纤与车站无线视频交换机相连，再通过通信传输系统提供的通道与控制中心无线控制器AC连接。在整个车地无线WLAN组网系统中，控制中心和各车站都提供与电视监视系统和乘客信息系统的接口。
（三）载局域网
在车载局域网络中，要在车头和车尾分别设置一套车载Fat AP和一台Omate6000-8E的八端口工业以太网交换机，并与车辆的M12以太网接口互联实现整列列车内部局域网的有线网络构建。列车内电视监视系统和乘客信息系统通过各自的车载交换机实现互联。车载无线网桥保证了高速运行中列车的Fat AP与轨旁Fit AP的无线网络的实时无缝连接，保证在局域网发生断点故障时能够顺利切换。整个车载局域网络为电视监视系统和乘客信息系统视频数据的双向传输提供一个专用的传输通道，实现车载视频设备与控制中心和车站的网络连接，为车载设备视频功能的正常实现提供帮助。
二、车地无线WLAN技术方案
（一）WLAN技术性能需求
地铁电视监视系统要求能够在控制中心随机调取在线列车车载摄像头拍摄的车厢内的视频图像信息。车地无线WLAN系统要求能将运行列车车厢内车载设备的视频图像和信息传至车站，再通过高速有线传输系统网络上传至控制中心。
乘客信息系统要求从控制中心将视频节目或者特定信息下发到指定的列车，包括高清晰数字视频信息、乘客乘车信息和紧急疏散信息等。这些信息都需要通过列车的车载信息设备进行。
WLAN技术构建的车地无线WLAN网络要保障电视监控系统和乘客信息系统中视频图像业务的正常传送，就需要达到以下一系列的标准。
1.构建的网络系统具有稳定性和安全性。能够满足地铁通信系统不间断的业务需要，有线设备尽量保证无单点故障，无线网络AP之间可以互为冗余备份。
2.经车地无线WLAN处理和传递的视频图像信息不能出现明显断点、失帧、抖动或者马赛克等。附带的音频，播放时不能出现明显噪音或者滑码等。
3.为支持电视监视系统和乘客信息系统视频图像业务功能的要求，基于802.11系列的数据传输的最小有效带宽应不小于15Mbps。
4.需支持地铁列车最高运行时速80公里/小时下的视频图像信息的正常传递。
5.不同型号及厂家的列车系统与轨旁网络能够互联互通，从而保证业务的顺利开展和日后改造。
6.无线系统应具备一定的抗干扰能力。
7.构建的无线网络易于扩展和管理。
（二）网络链路分析
采用IEEE 802.11g标准通过轨旁AP与车载AP构建的无线传输网络可以实现对列车运行沿线的无线信号覆盖。网络链路的有效带宽是一个非常重要的技术指标。电视监视系统和乘客信息系统需要车地无线WLAN网络为其提供不小于15Mbps的有效带宽，计算方法如下：
控制中心或车站往运行列车车载设备下发的数据，需要车地无线WLAN系统提供的传送带宽：
1路6MPIS视频流，由控制中心经沿线车站至分布式数据接入交换单元通过WLAN无线网络传至列车内车载设备。
4路1M监控流，从车站站台摄像机经车站交换机至分布式数据接入交换单元通过WLAN无线网络传至列车内车载设备。车载设备往控制中心上传数据，需要车地无线WLAN系统提供的传送带宽：
2路1M监控流，从列车通过WLAN无线网络至分布式数据接入交换单元再经车站上传至控制中心。因此，车地无线WLAN系统上、下行带宽最小为12Mbps。
车地无线WLAN网络必须提供足够的有效带宽，才能满足电视监视系统和乘客信息系统的功能需求。通常总带宽需求还应包括实际业务需求带宽1/4以上的冗余量。根据以上带宽计算分析，总带宽需求为12Mbps+3Mbps=15Mbps。因此，车地无线WLAN网络必须提供不小于15Mbps的有效带宽才能满足系统要求。
针对车载网络通信中存在车辆隐私性保护问题，提出一个K匿名链隐私保护机制。在查询节点处构建k匿名空间，并将包含此k个车辆的最小边界矩阵作为位置数据进行转发，转发过程中构造一条匿名链来混淆身份信息与位置信息的一一对应关系，从而大大降低被攻击成功的概率。通过对该机制安全性及仿真实验结果的分析，该机制能很好地保护车载网络中车辆的位置隐私，提高了车载网络通信的安全性及隐私性。
关键词：位置隐私；匿名空间；K匿名链；Chord；车载网络
中图分类号：TP393.08
文献标志码：A
0引言
车载网络（Vehicular Network）指的是依赖于能够灵活移动的载具而存在的移动自组织网络（Ad Hoc Network），它创造性地将自组织网技术应用于车辆间通信，使司机能够在超视距的范围内获得其他车辆的状况信息（如车速、方向、位置、刹车板压力等）、实时路况[1]及本地化的服务信息[2]。车载网络的特点是网络节点非常多，成员分布区域广，流动性大，车载网络的信息发送本质上是以广播的形式发送，同时由于车辆网络的相对局部性，车载网络中网络节点之间的建立的关系往往持续时间非常短，网络拓扑变化非常快。基于以上特点，车载网络非常容易受到安全攻击，而且相对来说，车载网络对网络安全性攻击是非常敏感的，车载网络的安全性直接关系到车辆驾驶的交通安全性。所以在部署车载网络的过程中，车载网络的安全性必须得到充分的保障。
随着车载网络服务的不断发展，在道路交通变得更加便利的同时，车载网络中车辆隐私性保护问题越来越受到关注。如果允许第三人利用车载网络收集车辆行驶信息，驾驶员的个人隐私必定会受到侵害。所以隐私性保护是车载网络中非常重要的问题。对于隐私性保护在车载网络中的研究，目前已经有很多研究方案：利用群签名的方案[3]、基于ID的签名的方案[4]、基于假名的签名方案[5]、假数据方案[6]、基于空间变换的匿名方案[7]、基于匿名链的位置隐私保护方案[8]等。其中，假名签名方案已经得到一定范围的认可，但大多数假名签名方案都采用预置一定数量的假名，每个假名仅使用一段时间就更换，使用完后需要向证书授权机构（Certificate Authority， CA）请求一组新的假名，这在降低效率的同时大大增加了窃听的概率；基于匿名链的位置隐私保护方案只是隐藏了身份信息和位置息的关联关系，保留了精确的位置数据，这就大大增加了被恶意攻击者攻击成功的概率。
本文所讨论的车载网络指的是狭义上的车载网络，即完全由交通车辆形成的车载网络。主要针对车载网络中车辆间的网络通信隐私性保护问题，提出一种新的K匿名链隐私保护机制，以增强车载网络通信的隐私性及安全性。
为了解决车载网络环境中的隐私性保护问题，徐建等[8]提出基于匿名链的位置隐私保护方法，但是这种方法只是隐藏了身份信息和位置信息的关联关系，保留了精确的位置数据，无法满足高匿名性的要求。为了解决这个问题，本文提出一种K匿名链机制，主要由两部分组成：移动车辆和LBS服务器。移动车辆可分为发送者节点、转发节点和接收者节点。发送者节点先构建K匿名空间，并将此匿名空间连同查询信息一起发送到转发节点上形成一条通向接收者匿名链，由接收者向LBS服务器[11]发起查询，经LBS服务器处理得到的候选结果集直接发送给发送者，由移动车辆对候选结果进行求精。图2表示K匿名链机制原理。
图2中Chord环上的节点（AD1～AD6）称为簇头节点，其中AD2、AD6分别为AD1的后继和前驱节点，S代表发送者节点，R代表接收者节点，整个Chord环就是由簇头节点及其前驱或后继节点构成。在上文中已经提及到，Chord环上的节点并不代表单一用户，而是表示了一簇车辆，例如以AD2为簇头节点的簇包含Node3、Node4、Node5三个簇成员。
以图2为例，当发送者节点S提出查询请求并要求k为4时，首先会通知本簇的簇头节点AD1，之后AD1通知簇中成员Node1、Node2和S共同构建k=4的匿名集合，形成匿名空间；接下来AD1会在其后继簇中随机选择n个簇，并向该n个簇的簇头节点发送选择节点信息。如图2中以AD2、AD3为簇头节点的簇为被选择的后继簇。簇头节点AD2、AD3依据节点间的连通性分别从本簇中选择若干个簇成员作为转发节点，如图2，发送者节点S会根据AD2返回的簇成员节点的信息计算其与簇成员节点间的连通性，从而可以选择Node3作为S的下一个转发节点。同样，Node3会选择Node4作为转发节点，Node4选择Node6作为转发节点。之后通过簇头节点将这些转发节点的信息发送给AD1，AD1再将这些节点信息发送给S。S通过得到的转发节点的地址信息以及公钥对其进行反向加密，由S确定构建匿名链的顺序，并且这个顺序只有S知道，之后S根据这个顺序对转发节点的构建匿名链。匿名链构建完成后，AD1将K匿名空间及查询请求一并发送到匿名链上进行转发，最后由接收者R向LBS服务器发送请求。经处理过的查询请求由LBS服务器直接发送给AD1，然后由AD1发送给S，由S自己对查询结果进行求精。至此，整个K匿名链机制查询过程完成。
值得说明的，是簇中成员节点的身份信息由簇头节点来维护，并复制到所有的簇成员节点中，簇与簇之间通过簇头获知所有各个簇中成员节点的身份信息。为了加强系统的容错性，簇头节点由簇成员节点周期性地轮流承担负载，当簇头节点的负载达到一定的阈值就会引发簇头节点的选举，阈值由簇头节点发送或接收到的信息数量来测量。同样，操作的通信开销也是通过传播的信息量来测量[12]，其数量级为O（log N），其中N为移动节点的总数目。
3安全性分析
本文提出的K匿名链机制中的K匿名空间隐藏了发送者的真实位置，而匿名链则隐藏了车辆身份信息与位置信息的关联关系。因此，攻击者的目标是获取发送者的真实的位置信息及其匿名链隐藏的关联关系。
假设攻击者是一个全局攻击者，即攻击者可以获取LBS服务器数据，并且在移动节点内有同伙恶意节点。在一个包含n个车辆及c个恶意节点的网络中，为了简化讨论本文只考虑一种静态模型，即不考虑车辆的加入或者离开。在构造匿名链过程中，一些恶意节点可能被选为转发节点，这些恶意节点可以根据匿名链中转发节点的顺序以及匿名链所允许的最大长度K值推测出攻击者想要的信息。下面分别从发送者节点和接收者节点角度来分析K匿名链的安全性。
由以上分析可知，匿名链最大长度K取值越大，相应的j与x的取值范围将增大，从而能够分别提高发送者节点及接收者节点的匿名程度，增加了恶意节点的攻击难度。从以上公式可看出，发送者节点的匿名程度明显高于接收者节点的匿名程度。这主要是由于发送者节点在发送查询请求前形成了K匿名空间，隐藏了发送者节点的真实位置。同样，恶意节点的数量会导致匿名程度的变化。当匿名链最大长度一定时，恶意节点数量增加会导致发送者节点和接收者节点的匿名程度下降；反之，它们的匿名程度会提高。
4仿真实验与分析
5结语
本文针对当前匿名链对移动车辆隐私性保护不足，提出了一种K匿名链机制。对发送连续位置查询请求的车辆进行了K匿名保护，并通过转发节点传递包含查询节点在内的K匿名空间及其查询请求构建匿名链。在保证查询节点K匿名的条件下，隐藏了其身份信息与位置信息的关联关系，从而提高了车载网络中车辆的匿名强度。通过对仿真实验结果的分析，在同等条件下，K匿名链机制的匿名效果要明显好于匿名链的匿名效果，进一步完善了车载网络的安全性。
参考文献：
[1]常促宇，向勇，史美林.车载自组网的现状与发展[J].通信学报，2007，28（11）：116-126.
【关键词】高速铁路；WiFi；无线通信
Application of Wireless Communication System Based on WiFi in The High Speed Railway
LAN Bo
（Guilin University of Electronic Technology， Guilin Guangxi 541004， China）
【Abstract】The traditional high-speed railway communication systems met a lowly data exchange problem， this paper proposed a WiFi based wireless communication system. The system used smart antenna and the radio equipment， through separating the mobile IP handovers time in the data link layer （L2HO） and the network layer （L3HO） to avoid fatal communication disruption in the conventional wireless communication. This WiFi based network connection can provide better internet experience compared with traditional mobile network， also can met the growing demand for bandwidth of customers.
【Key words】High-speed rail； WiFi； Wireless communication
高速铁路最大特点是高速运行在200km/h以上的速度区间内，国内最高曾达到过486.1km/h。在其快速运行过程中会出现基站信道迅速、频繁的切换，以及多普勒效应的产生，这会导致列车上无线数据交换速度缓慢、通话不连续甚至中断等问题。在高铁全速运行时要保持与外界的通话和数据交换，需要新的通信机制的产生及高速前提下新一代铁路移动通信系统的研发。现有的针对措施主要包括：增大基站发射频率及密度，但这将导致运营成本的迅速增加；另外可设置车载转发系统或对现有通信制式及算法进行有针对性的优化。后者由于其可行性较高，已逐渐成为高铁无线通信的研究重点。
1 系统结构
早在2009年日本新干线高铁线路即采用沿途泄露电缆铺设的方式实现了高铁车厢中无线信号的覆盖，最高可实现2Mbps的下载速度。但是随着智能设备的普及，用户对于高铁无线接入有了更高的需求。WiFi接入可有效减少铁路沿线基站运营成本，但另一方面由于无线桥接的覆盖范围较小，且车厢高速运行会在无线链路层（二层）和网络层（三层）间做频繁的切换，这两种切换一旦同时发生将导致通讯的暂时中止，故在高速运行环境下的保证通信质量是非常困难的。本文给出了一个基于WiFi的高铁无线数据交换系统，其最大特点为能够利用WiFi接入实现最大16Mbps的UDP数据包吞吐量。
该实验系统主要包括以下部分：1）智能天线部署；2）行车区间WiFi信号覆盖及优化；3）支持无线链路层快速切换的无线网桥；4）高速移动IP切换网络。
1.1 智能天线的部署
每节车厢在轨道上的轨迹都是一致的，这可以使得车载天线能够与地面对应的天线良好的对接。从而当列车通过天线阵列时，在存在多普勒频移的条件下能够保证良好的无线通信条件。在该过程中充分利用智能天线良好的自适应指向特点，使之能够有效的覆盖列车轨道范围。结合实际应用所设计的智能天线满足11.5 dBi的方向性增益及40度左右的半值角。
1.2 WiFi桥接及地面天线部署
在该实验系统中共包含11个地面WiFi无线桥接，由于各个天线所发射的信号方向与铁轨互相平行，且接收信号强度指标（RSSI）会随着天线间距增大而降低，故在系统中每两个无线桥接间间距大约为500m。图1所示为地面天线安装在距离临近天线点的RSSI强度约为-85dBm（变化范围为从-87.2dBm到-81.2dBm）的位置，这其中包含车厢箱体所引致的8.3dB的穿透衰减。此时的最大菲涅尔半径为：r=■/2=3.94m。考虑到地面以及车载天线本身具有一定的高度，所以在我们的试验中使用更为严苛的半径条件。
1.3 WiFi桥接及车载天线
在驾驶员车厢中也同样安装了WiFi桥接设备及智能天线。在本测试系统中考虑列车车厢的屏蔽作用，将其量化为箱体及挡风玻璃会引致8.3dB左右的衰减。图2所示为车载天线及地面天线的物理关系示意。
1.4 使用移动IPv4地址进行网络配置
采用IP路由协议进行移动IPv4地址的网络配置如图3所示。其中HA表示本地，FA表示外部。图中共包含了一个本地和三个外部，皆部署在同一个网段下，每个FA下面部署有3-4个WiFi无线网桥设备。同时为完成网络层切换（L3HO）的性能测试，在试验中将系统划分为3个外部子网络，从每个外部过来的路由器请求报文间隔时间设置为3-6s。网络中WiFi 无线网桥设备采用串联形式通过2层的交换机进行连接。 移动路由（即图中MR）和WiFi无线桥接安装在列车上，系统所使用的三层设备都需要支持移动IPv4（即PFC3344）地址。
2 链路层切换流程
在网络配置中使用思科AIR-BR1310G-J-K9-R作为WiFi无线网桥设备，该设备能够很好的支持无线链路层的快速切换。其大致工作流程为： 外部触发切换，该切换请求来源于数据请求量超过预先设定阈值，或者RSSI接收值低于阈值等原因。如果是数据请求量过大所导致的切换，无线连接将会被一直处于激活状态直到该切换引致物理连接的失败，在这种情形下，车载天线将在失去连接之后主动搜索新的可用WiFi 无线网桥设备。
如是因为RSSI接收量过低所导致的L2HO触发，此时车载天线和地面天线仍将保持连接，但车载天线将在之前的连接断开前开始主动搜索新的可用WiFi网桥设备。此时链路层（L2HO）切换时间将会较短。在我们的仿真实验中将L2HO阈值设置为-85dBm，这也是在图1中我们所示的最小RSSI接收量。
不管是哪一种触发方式，L2HO都将以以下的流程进行切换：扫描可用的无线网桥设备检查SSID（Service Set Identifier）和密码并丢弃无效的密码匹配在搜索结果中连接最优的无线网桥车载BR发送使用子网接入协议（SNAP）的数据链路层广播帧地面网桥接收到特定广播帧后主动更新无线网桥设备和第二层交换机（L2SWs）的MAC地址链表地面和列车间便可在各设备间进行网络流量的交换。
3 网络层切换流程
由于列车限定在车轨上前行，因此除开列车突然脱离轨道的情形外，外部FA到车载MR的无线访问都是较为稳定的。图3中所描述的列车无线通信的拓扑图中，其网络层切换延迟几乎为零。三个外部分别属于不同的子网，在相邻的FA间建立了快捷通道，并使用思科Catalyst 2960交换机作为旁路系统。在第二层交换机中，端口保护的配置如图3中箭头所示的物理端口一致，该过程中会丢弃保护端口间的广播帧和组播帧。这一配置方式能够使得相邻的无线网桥设备间接收并转发移动IPv4报文，并且能够保持各广播域的尺寸最小化。
举例而言，在图3中如果列车从左方开过来，WiFi连接顺序为BR1-11然后是BR1-12。同样的一个移动IPv4隧道会通过外部FA1建立。当车运行到BR1-13区域时，车载MR可以侦听到FA2及FA1的移动IPv4报文。之后车载MR通过向FA2发送一个注册请求开始第三层切换。值得强调的是，除更新路由表所需的大约20ms外，整个过程中数据流量是一直保持传输的。
4 小结
本文提出基于WiFi无线网桥的高速铁路无线通信系统。该系统有效避免链路层和网络层的同时切换，最大程度上减少网络掉线，能够很好地满足高速列车对于无线网络的基本需求，也为GSM-R随车WiFi的建设提供了一个可行的应用方案。
【参考文献】
[1]兰慧.智能天线技术在无线通信中的应用[J].中国新通信，2014，10（14）：80-81.
主要体系结构
对于智能配电，需着重考虑可缩放性和模块化。所有车辆并非都需要相同类型电源，也并非都需要具有相同数量或类型的负载。为此，该体系结构需要尽可能地保留传统物理分配的灵活性――根据需要布线，在载荷点配备总线/配电装置。该体系结构考虑到这些不同需求，通过一组标准组件为设计者提供灵活性。
控制和监控 智能电源体系结构中的每个元件都连接到分布式实时控制总线，并针对具体车辆需求（成本、灵活性和冗余操作等）进行优化和配置。智能电源体系结构中至少有一个元件通过开放标准（例如：定义电力子系统接口的VICTORY标准）连接至车载网络，以便对电力子系统进行高等级的指挥和监控。此外，也可有多个元件连接车载网络，以提供进入智能电源体系结构的多条路径。
智能电源体系结构的整体控制可被保持分配到每个设备，控制网络上的一台或两台设备可作为主设备使用。该选项为一个优化设计选项，旨在满足特定车辆需求。
配电装置 智能电源体系结构的基础标准组件为配电装置（PDU）。该装置提供源自公用输入端的一组通道（如8通道）。该装置作为一个SWaP和成本效益型装置，在电力调节或管控方面起到的作用甚微。配电装置可以包含不同容量的通道，可选择成组通道以增加容量，但其核心功能保持不变。在该装置内，每个通道都是被单独监测、控制和保护（例如：I2T跳闸配置）。嵌入式控制器提供控制网络和车载网络接口。
电源调节及配电装置 可选性电力调节及配电装置（PCDU）是PDU的加强型，可为敏感或独特负载（例如：需要稳定28 VDC的敏感性ISR或EW装置）或者在12 VDC（商用汽车）或5 VDC（USB）电力上运行的商业/消费类设备提供具体调节。预计该装置将更加复杂，并增大SWaP和成本，因此仅根据需求在车辆内使用。与PDU相同，该装置提供一组被单独监测、控制和保护的通道，并提供一个嵌入式控制器，用于提供控制网络和车载网络接口。
电力切换装置 智能电源体系结构的先进标准组件为可选性电力切换装置（PSU），它提供原始电源封装，并从负载角度使电源抽象化。这对于无缝电力切换而言至关重要，例如：从发电机切换至电池，或者从电池切换至净电力/岸电。通过保持到负载的恒定输出，即可跳过复杂的关机和开机序列。由于电力切换装置包含一个提供控制网络和车载网络接口的嵌入式控制器，因此，该装置可以向智能电源体系结构中的其余部分提供整体电源容量、电源选择和电源状况的相关信息，并允许配电装置和负载（通过车载网络）了解车辆当前运行状态以及做出相应反应。
AC/DC整流装置 通过外部电网电源（100-240VAC@50/60Hz）增加车载电源，能够为车辆提供非常大的灵活性。AC/DC整流装置（ADRU）可提供这种简单的可选功能，可以在输出端上串联多个装置，以提供更高容量。监测和控制可由提供控制网络和车载网络接口的一个嵌入式控制器进行。
DC/AC逆变装置 DC/AC逆变装置（DAIU）为一个可选项，用来对AC/DC整流装置进行补充。该装置为预期需要标准电网电源的设备提供配标准电网电源（100-240VAC@50/60Hz）的板载电源。SWaP的调整和输出波形质量成本（例如：方形与纯正弦波）为设计者提供灵活性，可使用多个装置用于不同负载（灵敏性和容量），以实现更高容量。监测和控制可由提供控制网络和车载网络接口的一个嵌入式控制器进行。
先进概念
通用性 鉴于智能电源体系结构的标准组件性质，同一配电装置以及先进标准组件可用于多种车辆，具有通用性。此外，多种车辆间的通用负载可以结合通用排序和控制指令组，作为一个完全集成式功能装置，简化该子系统的开机和关机。
自动负载管理 负载的自动负载管理是一个关键问题。智能电源体系结构可充分利用初始电源、负载、电源状况以及通过车载网络（如VICTORY）与其他车辆之间的互相连接，根据车辆当前状态自动配置负载和优先级排序。如果作战人员未实际操作传统线路、总线和交换机，那么将无法根据检查表和规程对负载进行手动排序。通过将负载管理移入控制网络上的软件，车辆用户群体、集成商和子系统供应商可以提供场景和负载配置，如同在车辆设计期间或者甚至在现场进行升级/改造期间进行软件配置一样。
在这方面内，一个重要特征是应变负载管理和对特定事件的反应，例如：不理想系统（如干扰发射机）的翻倒检测和关闭。通过向车辆提供为不同故障模式编程的自动负载管理，可减少车辆对作战人员在高强度作战环境下手动操控开关和指示器的需求。
负载测序 C4ISR/EW设备的复杂性和相互作用往往会导致开机和关机顺序过长。通过在智能电源体系结构中编程自动排序（包括设备反馈检测），可避免这些冗长且容易出错的检查表。在网络环境中，在启动设备之前，通常需要等待网络基础设施（交换机、路由器、网络附加存储器）运行。由于智能电源体系结构中的元件也连接到车载网络，因此信息反馈（如ping响应）可在进行序列中下一个开启步骤（例如：打开任务计算机）之前继续等待。此外，通过确保合理错开重负载启动，该负载排序也可确保避免出现过流/涌浪电流。
最大负载大小 智能配电提供“自动负载管理”和“负载排序”。这两个功能均能够改变驱动最大发电容量的最大负载大小。“自动负载管理”可确保从不使用无需同时使用的负载;“负载排序”能确保涌浪电流和启动电流获得适当序列，以避免峰值负载。这允许设计者根据最大实际操作负载大小确定车载发电量，而不是基于对所有负载均可打开或同时打开的假设的所有最大装置负载和装置涌浪电流的总和。该功能在控制板载发电的整体SWaP-C负担方面具有关键性优势。
预测/诊断 智能电源体系结构中的网络化嵌入式控制器提供一组丰富数据，用于通过负载特性分析（例如：电机负载的电流分析）进行预测。由于该体系结构中的每个节点都提供内部监测和控制，使诊断更加简单，因此有助于快速查找出至特定通道的故障。数据记录使诊断小组能够清楚了解设备故障相关电力事件。通过提高车辆可用性，智能电源体系结构的这些优点最终可为作战人员提供优质服务。
结束语
关键词：高铁；CDMA；专网覆盖；系统优化
中图分类号：TN929.5
近年来，中国铁道部进行了多次列车提速。列车时速达200公里以上，提速干线部分区段最高时速达250公里，如：京哈、京沪、胶济、广深等。列车提速的同时，中国铁路引入了CRH新型列车，目前中国的CRH车厢主要有四种型号，分别为：CRH1、CRH2、CRH3、CRH5。其中时速在200公里以上的有CRH1、CRH2和CRH5，而CRH3的时速在300公里以上。
由于高铁具有车厢全封闭、车速高、损耗大的特点，车厢内的通讯质量明显下降，致使铁路沿线网络覆盖不能满足新型列车在高速行驶下的通讯要求。为了确保高铁列车内的通讯质量，必须对铁路沿线的网络覆盖进行深入研究，并制定可行的优化方案。
1 高铁给CDMA网络带来的问题
1.1 高速造成网络覆盖质量下降
高速列车车体损耗大，损耗在20dB以上，列车的车体高损耗在很大程度上了影响网络覆盖质量，其中软卧车厢损耗更为严重；列车速度越高，多普勒频移越大，造成无线道环境的恶化；且高速对移动用户接入、切换的时间要求更加严格，导致重叠区不能满足切换和重选的要求。
1.2 KPI变差
高速、高损耗会使CDMA移动通信系统KPI变差，例如：接通率下降、切换成功率下降和掉话率上升等。
1.3 用户体验差
在列车高速行驶中，更容易出现掉网、在网打不通电话、语音质量差、语音断断续续、数据连接不稳定等问题，给用户带来诸多不便。
2 高速铁路覆盖的特性和技术关键点分析
移动速度超过220公里，多普勒效应明显；覆盖呈线状分布，主要集中在高铁或高速公路沿线；用户载体穿透损耗一般超过20dB，基站数目较多；信号小区切换和重选状况复杂；话务量相对集中，列车经过时话务突发。
2.1 多普勒效应的影响
由于信号源或接收者相对于传播介质的运动而使接收者接收到波的频率发生变化的现象称为多普勒效应。以速度v的移动平台为例，计算可以得多普勒频移为：
式中：fd——多普勒频移；fm——入射角为0°时的最大频移量；v——相对平移速度；λ——波长；f——载波频率；c——光速。通过上式可以看出，多普勒频移和相对运动速度及频率成正比，随入射角增大而减小。以CDMA2000为例，其最大频移允许值为960Hz，其允许的最大移动速度为：
由于多普勒效应的存在，使得手机和基站间的相干解调性变差。
2.2 网络覆盖呈线状分布
高铁线状覆盖，可有以下几种覆盖方式：（1）铁路双向覆盖，可采用功分器将小区分为单小区双方向或S11站；（2）在离铁路近的站点，可采用8字特型天线，这种天线水平波瓣角小、增益高；在离铁路远的站点，宜采用水平波瓣角65°、18dBi增益的天线。结合目前高铁现状，建议基站采用能兼顾复线铁轨来往车辆的覆盖方式的“之”字形分布方式。在列车轨道弯曲部内侧分布站点，可增大信号入射角，我们知道，入射角越大，信号的穿透损耗就越小。
2.3 穿透损耗的影响
由于CRH车体具有密封性能好、穿透损耗大的特点，通讯信号穿透列车的频率较普通列车低。我们知道，信号的入射角越小，信号的的穿透损耗越大，尤其当入射角小于10°时，损耗急剧增大，不同入射角的穿透损耗变化图如图1所示，在高铁线路站点规划时，需要充分考虑站点的位置和天线主瓣方向，使信号的入射角大于10°，尽可能降低信号的穿透损耗。
图1 不同入射角的穿透损耗变化图
2.4 高速运动对切换的影响
当手机信号强度在某一小区内衰减时，会触发小区重选和切换，导致手机拖网或者切换失败，造成通话掉线。为了解决这一问题，必须保证手机在进入下一个小区之前，信号衰减程度大于门限值。列车移动速度快，信号呈线状覆盖，必须合理设计重叠区域的大小，来实现合理的重选和切换。一般来说，列车速度越高，需要的重叠区域越大。高铁常用的切换包括三种：软切换、硬切换和虚拟软切换。当列车速度环境不同时，会触发不同的切换方式。
2.5 列车经过时话务突发，话务量相对集中
高铁CDMA网络设计时，如果采用专网覆盖，网络专供列车中话务使用，原则上只要考虑列车内话务量，不必考虑两车相遇话务量的增多；而采用大网覆盖时，基站不但承受列车内的话务负荷还要承担列车周围区域的话务负荷，因而，需要考虑两车相遇时，带来的话务量增加的冲击。以列车800人为例，当两车相遇时总用户为1600人，移动用户渗透率90%，CDMA用户占比30%，CDMA用户数432，每用户忙时话务量（Erl）0.02，预计话务量（Erl）8.64，DO人均忙时数据话务量（kbps）5，DO业务用户比例50%，DO数据总话务量（kbps）1080。
3 高速覆盖解决方案
由以上理论分析可知，高铁无线覆盖所面临的问题，大多是由于多普勒效应、车体穿透损耗、通讯信号在高速运动下在不同小区间频繁切换等问题引起。优化过程主要包括对覆盖的优化和对算法的优化。
3.1 覆盖优化
覆盖优化中需要做到：（1）提升覆盖水平。针对高速铁路的特点，需要实现深度覆盖才能提升信号质量，在高铁沿线新建基站和小区，信号只用于高铁覆盖，隔断专网小区与大网小区之间的联系；（2）减少切换频次。高铁上的移动终端，只在专网小区间发生重选和切换，从而减少切换频次，重新调整高铁沿线的基站，减少基站站点，尽量以较少的基站进行主力覆盖，减少切换次数，从而解决语音质量差、掉话、在网打不出电话等问题；（3）优化载频利用率。用户共享同一信源基站载频，提高资源利用率。根据经验，4TRX以下基站载频利用率较低，约为70%，6TRX则可以达到80%。
3.2 算法优化
算法需要配合列车信号衰减的特点，并能保障小区切换和重选的流畅，在切换中尽可能占用信号最强的基站。（1）邻区优化，适当提高切换邻区的优先级；（2）搜索窗、切换参数和小区半径优化，适当降低T_ADD和T_DROP值，增加T_TDROP值，提高激活集搜索窗和小区半径等；（3）适当调整网络设计的各种边界，如LAC、多载波边界等；（4）配置部分异频小区，通过异频切换对抗多普勒频移；（5）合理规划沿线基站BSC和MSC，尽量将沿线基站放在同一个BSC或MSC中，以减少MSC间、BSC间的切换；
4 结语
随着CDMA技术的发展展，人们在高速移动环境下使用通信工具的频率越来越高，进行语音和数据业务的机会越来越多。必须提高高速铁路环境下的通信网建设才能给人们带来更好的通信服务，通过对高速铁路沿线无线网络覆盖和算法的优化，可以提高列车上的网络覆盖水平，提高话务通信水平，优化通话体验，满足人们正常通信的需求。
参考文献：
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关键词：城市公交网络；抚顺；雷锋城；崭新形象
抚顺是雷锋精神的发祥地，半个多世纪以来，抚顺市委、市政府始终高举雷锋精神的旗帜建城育人，雷锋精神业已成为抚顺的城市灵魂和精神坐标，2011年年底，市委、市政府更是明确提出建设雷锋城的目标和任务。全方位、多角度地打造抚顺雷锋城的崭新形象，是抚顺人民在实现城市转型、加快城市发展中的重要历史任务。
城市公交网络是维持一座城市正常运转的基础性设施，其所具有的完备性、公共性、覆盖性、流动性、规模性等特点，决定了它在打造抚顺雷锋城崭新形象方面，具有不可忽视、无以替代的作用。本研究建议，应迅速采取有效措施，充分调动城市公交网络中的有效因素，为打造抚顺雷锋城的崭新形象发挥积极作用。
1 运用城市公交网络打造抚顺雷锋城崭新形象的可行性分析
城市公交网络一般主要包括公共汽车、无轨电车、有轨电车、快速有轨电车、地下铁道和出租汽车等客运营业系统。在抚顺城市公交网络中，公共汽车是最主要的公交营运工具。据抚顺市公汽总公司统计，在多种公共交通方式中，市民以公交出行为主，公交车承运每天约达60-65万人次，接近市区总人口数量的1/2，每年合计约达2.4亿人次。公交车面对的是这座城市中最真实意义上的大众，因此，本文所谈运用城市公交网络打造抚顺雷锋城崭新形象，根据抚顺的现实情况，主要载体对象就定位于公交车。
运用城市公交网络打造抚顺雷锋城崭新形象的可行性，可从以下三个方面进行分析。
1.1 运用城市公交网络打造抚顺雷锋城崭新形象，具有可操作性和重要意义。
城市公交网络是方便公众出行、保障城市正常运转的整体的、动态的系统，具有完备性、公共性、覆盖性、流动性、规模性等特点。完备性，是指城市公交网络是依据科学规划设计建立起来的完整体系，具有较为完备的架构和设施。公共性，是指城市公交网络作为城市公共基础服务设施，面向广大市民服务，其主要服务目标是实现公众出行的安全、舒适、轻松、便捷，使用对象不设限。覆盖性，是指城市公交网络在城市内部四通八达，线路和站点几乎延展到城市的每一个角落，覆盖非常广泛。流动性，是指城市公交网络要靠动态运转实现其功能，构成公交网络的主体和客体都处于一种流动变化的状态。规模性，是指城市公交网络中的元素以一定规模并相对统一的形态存在。上述这几方面特点，使城市公交网络在传播精神文明方面具备了得天独厚的优势，以城市公交网络传播精神文明，相对于其他公共服务设施来说，能够以更低的投入成本，影响到更多的、更广泛的受众，从而获得更大的社会效益。在抚顺建设雷锋城的常态化项目中，“丰富和扩大雷锋元素”是一项重点内容，由于城市公交网络具备以上所述的诸多特点，它非常适合作为雷锋元素的载体，来扩大雷锋元素的覆盖面和影响力。
1.2 抚顺大规模更换新能源公交车，使运用城市公交网络打造雷锋城崭新形象具备了优越的现实性。
2013年，抚顺市购入800台新能源公交车，于2013年12月至2014年6月陆续上线运营，为我们运用城市公交网络打造抚顺雷锋城崭新形象创造了优越条件。首先，新公交车刚刚完成投入运营，车体外观喷涂、车厢装饰布置、车载文化设计等都处于起步阶段，尚在讨论和试行之中，还没有形成完整的理念和方案，最便于开展统一的规划设计，并在形成方案后付诸实施。其次，一次性更换800台新能源公交车所创造的“抚顺现象”或“抚顺模式”，已经成为全国关注的新闻热点，公交行业的楷模，如果借此机会充分运用公交网络打造抚顺雷锋城崭新形象，一定会引发持续的关注，能够降低宣传成本，提高宣传效益，取得显著成效。再次，公交车更换是物质层面的形象提升，如果再充分运用好公交车打造抚顺雷锋城形象，就是实现了物质层面和精神层面的双跃升，进一步深化了更换新公交车的意义。最后，更换新公交车是市委、市政府重点开展的一项民心工程，受到了广大市民的热烈拥护和欢迎，以新公交车为载体打造抚顺雷锋城形象，容易起到深入人心、易于接受的效果，对于凝聚群众力量、共促城市发展有重要作用。
1.3 抚顺提出建设雷锋城和城市转型，为运用城市公交网络打造抚顺雷锋城崭新形象提供了良好契机。
2011年，市委、市政府明确提出建设雷锋城的目标和任务；2011年12月5日，市委、市政府下发《抚顺市关于进一步建设雷锋城的实施方案》；2012年3月31日，市委、市政府决定，在全市范围内深入开展“人人学雷锋，建设雷锋城”活动，采取切实可行的措施推动学雷锋活动常态化。2013年7月，抚顺提出由生产型城市向消费主导型城市转型的发展战略，并于2013年12月27日市委十一届十九次全会进一步阐释了城市转型的深刻内涵，明确作出了推进抚顺向消费主导型城市转型的重大决策。建设雷锋城，实现城市转型，是硬性的要求，也是难得的契机。应该牢牢把握住这样的契机，以城市公交网络助推转型中的抚顺打造好雷锋城的崭新形象，使抚顺的城市定位更加明晰，城市形象更加光鲜，城市精神更加突出，城市品位更加升华。
2 运用城市公交网络打造抚顺雷锋城崭新形象相关实践剖析
雷锋精神是中华民族精神的重要内容之一，是全国人民的宝贵精神财富，全国许多地区都十分重视雷锋精神在塑造城市形象方面的作用。在运用城市公交网络宣传雷锋精神方面，一些地方进行过比较吸引公众关注的尝试。比如，2012年3月5日前夕，昆明100辆公交车涂刷巨幅雷锋画像和宣传标语，成为了城市的一道风景，引发了媒体和民众的极大关注。
抚顺作为雷锋精神的发祥地，在运用城市公交网络宣传雷锋精神方面，进行过为数不少的实践。其中，尤以沈抚城际客车“雷锋号”的运营较为突出。沈抚城际客车“雷锋号”运营多年，以雷锋精神打造品牌线路，为传播雷锋精神、宣传抚顺雷锋城形象作出了贡献，为以公交车为载体传播雷锋精神积累了宝贵的经验，这些经验为抚顺城市内部用公交车相关设施传播雷锋精神奠定了深厚的基础。此外，抚顺公交行业一直在开展争创雷锋式示范车队、争当雷锋式驾驶员等弘扬雷锋精神的活动，标示着抚顺公交行业对于雷锋精神的重视。
在坚持宣传雷锋精神的基础上，市公汽总公司在新更换800台新能源公交车之后，在宣传精神文明方面进行了一些新的尝试。2014年七一党的生日前夕，市公汽总公司将800台车厢内LED广告位全部换成“中国梦”、“纪念中国共产党93华诞”、“深入实践科学发展观 实现抚顺城市转型较快发展”等弘扬社会主旋律的公益展板，吸引了媒体和公众的目光，得到了广泛的关注和赞誉，成为抚顺市新能源公交车的一道亮丽的风景线。
通过对一些既有的实践进行分析，可以看出，这些实践积累了很多成功的经验，当然，也存在一些值得注意的问题，试剖析如下。
2.1 实践模式比较单薄，没有形成整个城市系统化、常态化的操作模式。目前，各地对雷锋精神的宣传多局限于零散实践，阶段性、局域化操作比较多，系统研究、通盘考虑比较少，导致实践效果不明显，影响力度有限，有些一阵风式的实践甚至引发过被公众指责“作秀”的质疑。
2.2 有时服务与宣传还存在距离。实践中出现的问题是，虽然通过公交网络搭载了雷锋元素，但是部分公交司乘服务人员在思想意识上还没有达到所需要的高度，没有以身作则地起到示范作用，并在服务中出现了一些不文明行为，这样就难以做到形神一致，影响了实践的说服力和有效性。
2.3 最重要的一点是，所有实践均没有持之以恒的、一以贯之的理念文化、企业文化作为支撑。雷锋精神是一种理念，打造以公交网络为依托的、流动的雷锋城又是一种理念，没有理论支撑的行为难以持久，没有理念支撑的举措必然枯萎，只有用打造以公交网络为依托的雷锋城这种理念，来塑造行为的实施者，让他们从引导走向自觉，才能让雷锋精神之花在公交网络常开不败。
3 运用城市公交网络打造抚顺雷锋城崭新形象的具体对策
本课题组经过调研，现针对运用城市公交网络打造抚顺雷锋城崭新形象问题提出以下对策。
3.1 为公交网络设计统一的雷锋文化标识，给人以鲜明、醒目、富有冲击力的第一印象。
雷锋文化标识可主要体现在车体外观喷涂、车厢吊棚宣传牌、司机座位后宣传牌、座椅、车厢内电子屏、公交车站牌、公交车站宣传板等处，目的是纳入乘客视线范围，起到耳濡目染的作用。雷锋文化标识应设计得精美、醒目、色泽亮丽、大小适中，可选用经典雷锋头像配以抽象设计，色调以红色为主，体现主旋律，传递正能量。雷锋文化标识应主题鲜明，具有代表性和说服力，既展示雷锋形象，也要展现雷锋与抚顺水融的特点。
3.2 搭载城市公交网络进行宣传的雷锋文化内容必须真实、准确、通俗，具有深刻的文化内涵。
抚顺市雷锋文化资源丰厚，资料储备充足，应组织相关部门的专家仔细甄选宣传内容，按照简明扼要、生动鲜活、意义深刻、市民具有一定的熟悉度等标准，设计出最为有效的雷锋元素，确保通过公交网络搭载的雷锋元素既能入眼，更能入心。待选雷锋文化内容可具体包括党和国家领导人给雷锋的题词、雷锋日记、雷锋事迹、雷锋照片、雷锋视频资料、雷锋音频资料、学雷锋先进典型等。
3.3 充分利用公交网络设施作为载体，展现城市精神和城市文化，将城市公交网络建成展示雷锋城形象的第一窗口。
公交网络内部空间分布较为零散，但是实际上延展性很大，可以挖掘出很多设施作为宣传雷锋文化的载体，如公交车内部的装饰布置、宣传版、报站器、车载音响、电子屏幕、便民设施等，以及公交车站台的宣传板、报站牌等。应该针对这些设施的不同大小、不同特点，发挥其各自的作用。比如，可借由公交车内部车载音响，整点播放雷锋经典歌曲，推广新创作的雷锋主旋律歌曲，寓教于乐。
3.4 充分调动公交网络中各种要素的功能，不仅要强调宣传和展示，更要形成互动交流。
设计出一个互动交流的体系，激发出广大群众的参与热情，以交流促发展，进而实现动态提升。比如，通过公交车、公交站点、公交网站、公交政务微博等渠道设置征求意见信箱，征求关于雷锋文化的宣传创意、新资料、新歌曲、新影像等意见和建议，对于意见被采纳的热心市民予以奖励，形成良性互动，调动起全民共建雷锋城的饱满激情。
3.5 注重内容的周期性更新，结合重大节庆日、纪念日更新宣传内容。
应适时调整宣传内容，注重周期性更新，实现宣传形式、宣传内容的多样化，特别是注意把握好重大节庆日、纪念日的契机，加大宣传力度，让常态化宣传既要特点常在，又要亮点频出。
3.6 可调动企业积极性，参与到运用城市公交网络打造城市形象的工程中来，实现经济效益和社会效益相统一。
可面向广大企业，组织对公交车设置雷锋标识宣传版面进行竞标，出资单位可在展示雷锋标识的宣传版面上巧妙地植入企业名头，在宣传雷锋精神的同时，也展示了企业形象，调动企业在创建雷锋城中发挥积极性和主动性。
3.7 注重持续性的维护，避免出现虎头蛇尾的现象，将其真正打造成一项常态化的项目。
在实施过程中，公交部门、文化部门、相关企业应加强联系，密切配合，确保宣传版面设置质量，确保宣传效果达到预期设想。在设立宣传板后，政府应责成有关部门加强监管，定期维护，适时更换，保持整洁和美观，使其成为城市的优美名片。
3.8 鼓励和引导企业、群众以公交网络为载体开展学雷锋活动。
以公交网络为载体，开展多种形式的学雷锋活动，将公交网络建设成为充满爱心的流动网络，成为学雷锋示范基地，比如设立爱心候车室，发动市民、企业献爱心捐助公交车上用品，发动热心市民义务监督公交车运行情况等。
课题项目：
该课题为2014年度抚顺市社会科学规划课题，课题成果被抚顺市公共汽车总公司采用。课题负责人为丁美艳，课题参与者为何书敏、郭晓明。
关键词：地铁建设；车载视频；监控系统；无线网络；地铁运营
中图分类号：TN971 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）06-0084-03
目前各城市地铁建设正如火如荼地进行着，根据国内现有的规划：2010年地铁建设达480公里，2011～2015年达2411公里，2016～2020年达3053公里。地铁建设如此之快跟地铁作为高效、方便、节能的运输工具是分不开的。
地铁能平稳顺利的建设和安全高效的运营，需要各个地铁子系统发挥各自的作用。据了解在各个城市的地铁车站站厅、站台、出入口及变电所等位置安装了数量较多的摄像机，基本能够满足安防的需求。但是地铁作为乘客的公共密集区，容易受到突发事件、恐怖袭击的威胁，容易造成人员重大伤亡和交通中断，造成社会恐慌，影响社会和谐发展；同时国内大部分地铁司机由于一人驾驶，在驾驶过程中，司机是否按照标准操作、有无不遵章守纪的情况，基本都无法查证。车载视频监控系统对运行的地铁车厢内部进行实时视频图像监控并记录这些视频图像，以供地铁运营公司和地铁公安分局及时掌握客室内的情况，便于地铁运营管理和治安防范。
1 系统功能
车载视频监控系统是地铁运营实现现代化管理的配套设备，是供运营管理人员实时监视地铁车厢内的情况，确保乘客安全乘车，预防突发事件的必要手段，也为发生在车厢内的各种纠纷、案件等提供重要依据。系统通过安装在各节车厢中的摄像机对乘客乘车情况进行采集和记录，显示在司机控制室的显示屏上，并能通过车地无线系统将视频信息实时上传至控制中心。
2 系统构成
车载视频监控系统构成大同小异，以国内某地铁线为例：
如图1所示，车载视频监视系统可分为两个基本部分：车地无线网络系统部分和车载视频监视系统部分。
2.1 车地无线网络系统
车地无线网络系统是通过在区间及地铁上安装无线接入设备，确保沿线车站与移动地铁之间建立安全稳定的通信网络。
2.1.1 基本无线网络。无线局域网要求在车地之间建立稳定、安全且能避免冲突的连接，并且此连接和画面质量不因地铁的高速运行而中断。
2.1.2 车载局域网络。摄像头采集的乘客乘车情况视频信息经车载视频主机传到无线接入单元，并通过无线网络将监视信息全部上传至控制中心。
摄像头采集的乘客乘车情况视频信息经车载视频主机传到司机室的监视屏上显示。
2.2 车载视频监视系统
车载视频监视系统具有对地铁车厢乘客乘车情况的监视功能，通过监视设备（摄像头）采集的运营中的地铁车厢内旅客的乘车情况，记录数据，实时播放，并能上传至控制中心。
2.2.1 车载视频监控主要的功能。由于各城市对车载视频监控系统的需求不尽相同，部分城市根据自身特点提出了一些特殊要求，不做列举，在此总结了该系统满足运营的通用功能：车载视频实时监视功能；单画面和多画面切换以及全屏显示功能；动轮询功能，软件依次定时自动切换对各摄像头视频的查看；录像功能，对所有监视的图像进行实时录制、本地储存，连续录制保存时间和格式按照各地运营需求设置；字符叠加功能，播放窗体显示摄像头的位置信息和当前的时间和日期；支持录像文件的远程查询和远程回放，可根据时间、车厢号或摄像头编号等特征进行检索、回放录像，无丢失数据现象；与TMS的联动报警，为方便司机及时查看报警事件所对应地点的视频监控图像，车载视频主机在接收到TMS发送的紧急报警事件触发信号后，立即在司机室触摸屏上显示对应地点的视频图像。
2.2.2 中央视频监控功能。登录用户权限管理，用户权限分等级设置，不同的登录用户具有不同的操作权限。系统记录登录用户的操作，如登录退出时间、操作记录等以供将来查询；实时车载监控视频观看，中心视频监控软件除具有实时视频查看功能外，权限用户可以进行轮询配置、摄像头IP管理等；录像查询、下载、本地回放和在线回放；录像硬盘实时检测、目录设定及定期清理；图片抓取；车载视频主机状态检测；与TMS的联动报警。
2.2.3 车载监控告警功能。当发生火灾、门紧急解锁、紧急呼叫对讲等不安全信息触发后，监测系统自动报警定位，系统自动录像故障点区域视频，通过车地无线网络，将重要报警信息传输至控制中心调看，协助运营单位调度指挥处置紧急情况。
2.2.4 中央监控告警功能。图像化显示线路车辆运行状态（车号、上下行、区间等）；实时接收并显示地铁突发告警信息，快速切换至现场图像，监控中心大屏实时显示；快速调看突发事件录像；控制中心与车站监控系统之间的列车运行位置信息的交互；可与综合监控（ISCS）实现交互。
2.2.5 监控视频存储功能。所记录的视频数据经过编码以后存储在硬盘中，可随时调看，定时上传至控制中心相应的视频监控数据库。
2.2.6 系统配置管理功能。轮询配置，通过轮询配置，工作人员可以选择当前运行车辆或者其他特定车辆进行视频画面的轮询监控，设置轮询画面切换时间；摄像头配置，摄像头配置实现增加、删除、修改车载监控摄像头位置及IP等信息。
2.3 系统主要设备
系统主要设备如表1所示：
3 主要问题及解决建议
相较于地面监控系统，车载视频监控系统的安装实现有以下阻碍：
3.1 空间限制
由于车厢空间狭小，对于摄像机布点和布线有较高要求。可采用2～3个球机达到车厢全覆盖的
目的。
3.2 车体震动
地铁处于高速运行状态，车载视频监控系统的设备必须经受无规则、高强度、长时间的震动。在此可以采用加固措施或者采用防震设备。
3.3 数据安全
传输通道必须安全，设置冗余设备，备份数据。
3.4 电磁干扰
高速行进的地铁以及区间内复杂的电磁环境，要求系统有较强的抗干扰能力。可以优化编码技术或传输信道，也可以采用5.8G频率通信避开绝大部分系统（如信号系统）的电磁干扰。
不过目前视频监控系统已经相对成熟，以上问题可以通过各种技术手段妥善解决，技术上不存在任何问题。
4 结语
随着客流量的升高，地铁运输压力也在逐步凸显，地铁车厢内的环境也日渐复杂，对于地铁运营管理造成很多障碍，也给犯罪分子可乘之机。
将车载视频监控系统加入地铁系统并实现其功能，可以肯定，能够有效地威慑不法分子甚至预防恐怖袭击的发生，也极大的为取证提供了方便。对于地铁运营安全、有序、高效的要求，车载视频监控系统是十分必要的。据了解，国内大部分新建地铁线路都在CCTV（闭路监视系统）系统中加入车载视频监控系统，而早期的线路，如北京、上海等地都已经在线路改造升级的过程中加入了部分视频监控的功能，可见，在地铁运营过程中对于车载视频监控功能的需求日益增强，车载视频监控系统在地铁运营中是十分重要且必须的。
参考文献
[1] 杨磊，李峰.闭路电视监控系统[M].北京：机械工业出版社，2006.
阿尔卡特朗讯通过不断的实践，正在努力将车联网的畅想变成现实。由阿尔卡特朗讯主导的ng Connect开放合作项目白成立以来，车联网已经成为了其重要的课题之一。阿尔卡特朗讯通过ng Connect联合业内合作伙伴如汽车公司、QNX和业界领先的内容和应用提供商在欧洲、美洲、亚洲打造了一系列基于4G／LTE网络的概念车。通过4G／LTE网络的高速实时性，车辆成为网络中一个崭新的节点，无论是驾驶员还是乘客都能够自由畅游互联网络并使用云业务，享用流畅的高清点播、信息娱乐、车辆诊断、驾驶导航等一系列以车辆驾驶以及乘客应用为核心的业务。
先进的LTE概念车构架
首先让我们来看LTE概念车内应用带来的一些主要创新体验。LTE概念车内部搭载了LTE通讯模块，提供上行LTE网络连接和下行wi―Fi及蓝牙功能，汽车前排中央嵌入驾驶台的屏幕和后排两个镶嵌座椅的触摸屏幕作为独立运作的车载终端，通过无线宽带通信技术4G／LTE为用户带来最高超过100Mbps的传输速率，在车载娱乐功能上有创新的突破。不仅可以实时观看高清视频网络点播，享受海量的互联网音乐和影视共享服务，还可以自由连接各种社交网站和应用；同时还有众多的网络在线小游戏可以联网游玩或下载到本地尽情体验，在长途旅行中为乘客放松身心。
对于驾驶而言，道路导航是一个十分重要的功能。，以前的导航模式都是静态的，导航系统无法了解到动态路况。现在LTE概念车基于强大的无线通信能力可实现云端动态导航功能，远程服务器根据实时路况信息来不断规划最佳路线，并通过LTE网络将行使路线和地图持续下载到概念车上进行导航。实时路况信息可以由城市交通路网提供，也可以由道路上安装同一系统的车辆来共享提供。，在导航的过程中，还可以进行周边兴趣点检索以实现便民和广告商务功能，例如定餐、加油站、银行医院、商家广告和折扣信息等。同时，在概念车内安装的高清JP摄像头能照向行车前方道路，可将位置、车速以及摄像头所拍摄道路实况图像等车辆信息实时公布到城市路网。这样，每辆车在未来都将可以作为城市智能交通的一个非常实际和重要的信息提供者。
对车主而言，与驾驶高度相关的服务还包括车辆自我诊断监测功能，车辆上的控制单元和各种传感器可以将实时检测信息汇总到中央控制系统，通过LTE网关实时或定时传送到厂商或4S服务商的远程维护中心，维护中心能够实时监测车辆状况，提示保养和维修服务信息来确保驾乘安全。概念车内开启的QNX应用商店服务，将应用拓展可能性无限的延伸，同时值得一提的是，LTE概念车上的应用服务大多基于云端，在硬件市场更替升级日新月异的情况下，仍然能尽可能地降低车载软硬件成本，使云计算技术理念有新的创造平台。
LTE概念车的网络架构参见图1：
构建崭新商业模式
新兴的下一代应用更重要的作用是建立崭新的商业模式。在ng Connect打造概念车的同时，更多专注在应用业务背后商业模式模型的探讨(参见图2)。车联网改造的不单单是汽车本身以及消费者的使用习惯，其汇聚的众多业务将重新整合价值链上下游商家利益，其中包括：汽车生产厂商和经销商、嵌入式系统提供商、电信运营商、应用提供商、内容提供商和广告商等，间接的受益者则有保险行业、道路交通信息服务、政府交通部门等。
商业模式创新点
在LTE移动宽带支持下，带来了丰富的移动多媒体娱乐业务，并将继续得到爆炸式的增长，我们可以从以下几点来展望未来车联网商业模式的创新点。
第一，云计算和云存储因为LTE带宽的增加变为可能，高效数据的交换不再是瓶颈，海量数据存储和处理可以在运营商端处理，据美国市场统计，到2010年，车载嵌入式系统和软件将在汽车制造的物料中占据30％，而66％的汽车每三年就需要一次软件升级。云计算能释放软硬件升级成本，汽车生产商能和运营商共同分享网络带来的降本增效成果，运营商将与其共享效益。
第二，对于汽车生产商来说，以无线通信和加载丰富的车载应用为特点的下一代车辆，将会成为下一个汽车卖点，并催生巨大的购买市场。对于电信运营商而言，网络汽车将是下一个移动宽带接入的新节点，除了车载接入服务带来利益增长以外，丰富的应用和广告植入也将为其带来新价值。
第三，运营商除了增长的接入服务，还可以拓展车载应用商店和网络开发能力，汇聚各方应用开发能力，实现双赢的应用带动利润增长模式。
第四，汽车可以成为一个数据收集和感应器，同时也是实时信息的者，通过汽车本身作为信息收集和感应器，可以将实时的信息，例如交通路面状况、天气情况，以及消费者消费习惯偏好等数据信息，提供给第三方。这样，不仅起到降低信息采集成本的作用，而且可在采集到的原始数据上进行二次分析，转售给商家或广告商进行二次销售。
商业模式的可行性
今天的汽车的发展已经非常成熟，可靠性大大提高，用户对汽车本身也非常熟悉。但在使用过程中，还是会有各种问题产生，比如车内的机器运行状态可能存在潜在的病况，但非专业的驾驶人未必能意识到。而当问题暴露在行驶过程中时，往往危险已经产生。
在现实生活中，车主往往也是移动通信用户
所以在LTE概念车的商业模式中，运营商可以作为服务的前端，车商、4S店和其他专业的维修店家可以作为后台，来共同为车主服务。这里的分工是：运营商负责服务的推广、和客户的签约、收费、用户反馈以及后台的协调；同时，运营商也提供后台的服务系统、应用、和客户车辆的网络链接。后台的车商及4S店或其他专业的维修店家则围绕车的品牌提供技术支持，在客户同意的情况下收集信息、分析、发出有关指令。一个例子是，通过远程诊断，后台的分析系统通过和车辆网关连接的传感器可以发现某车点火线圈未能察觉的老化警告就可以发给用户，避免行驶过程中发生危险。
因为这种服务能够在很大程度上提高安全可靠性，消费者、政府、保险行业都会有不同程度的意愿来购买这样的服务。从运营商处购买也将带来多项好处：运营商提供对可靠性要求最高的通信服务，有良好的声誉和商业关系；运营商有动力在后台鼓励充分的竞争，给消费者最大利益后台厂商也有足够动力和运营商合作；运营商擅长客户管理，而一个运营商的客户网络远远大于任何一个单独的车商，它可以提供给后台厂商更大更高效的客户覆盖；运营商能够通过网络提供各种新的围绕车辆的服务应用，而这是后台厂商所必须利用的。
摘要:物联网是世界信息产业第三次浪潮,并已成为世界各国经济社会发展的新兴战略性产业。机器通信作为物联网实施的重要一环,受到越来越多的关注并已应用在很多领域。文章介绍了机器通信的模式和特点,其中最突出的特征是反向小流量业务是机器通信的主体。并将通信网络承载机器通信的演进趋势分为3个阶段:即混同承载、区别承载和独立承载。文章认为,机器通信业务的初始阶段,是业务适应网络;而机器通信业务如果规模化到一定程度后,网络应该适应业务。关键词:机器通信;M2M;泛在网Abstract:InternetofThingsisthethirdwaveoftheinformationindustryandhasbecomeastrategicindustryineconomicandsocialdevelopmentworldwide.ThemostimportantpartintheimplementationofInternetofThings,M2Mhasattractedincreasingattentionasitcontinuestobeappliedinmanyfields.ThispaperintroducestheM2MmoduleaswellasthepossiblefutureofM2M;inparticular,itsapplicationinsmallreverseflowbusiness.ItalsoproposesthatdevelopmentofM2Mnetworkscanbeconsideredinthreestages:mix-upbearingmode,differentiatedbearingmode,andindependentbearingmode.IntheinitialstageofM2M,businessshouldadapttosuitthenetwork;whenitincreasesinscale,thenetworkshouldadapttosuitbusiness.Keywords:machine-typecommunication;M2M;ubiquitousnetwork通信网络从诞生开始,一直就以满足人与人的语音通信为目标。Internet兴起后,为了承载各种新型数据通信业务,在接入网、核心网和传输网等层面进行了相应的演进。而今,随着机器通信业务的蓬勃发展和对其未来的良好预期,通信网络的演进又获得了重要的推动力。1机器通信概述机器通信,又称为M2M通信,指通信一方或双方是机器,且机器通过程序控制能自动完成整个通信过程的通信形式。机器通信包含机器到机器、人到机器和机器到人3种类型的通信业务。通过机器通信,不但机器和机器之间可以进行信息交互,机器还可以响应来自人或后端系统(也是一种机器)的控制指令,或将采集到的信息传送给人或后端系统。文章关注的机器通信业务,主要指借助电信运营商的通信网络(以下简称“通信网络”)进行广域互连的机器通信业务。同时,论述的重点以采用移动蜂窝网接入的机器通信业务为主。机器通信业务早已存在,只不过一方面,部分机器通信业务和公共通信网络无关,例如在一些特定行业里,数据采集与监控系统(SCADA)早已被用作远距离数据采集和设备控制的通信手段;另一方面,业务总体尚未到达一定规模,因而关注度相对不高。作为物联网体系中的重要一环,机器通信业务从2009年下半年开始,似乎突然间受到了社会的重点关注,形成了产业界的一股新浪潮。人们发现,一方面机器通信当前已经应用在很多领域里:环境感知类应用、车载信息类应用、无线金融支付类应用、Telemetry类应用和资产监控类应用;另一方面机器通信未来会有更广泛的应用:既有应用的内涵会加深、规模会逐渐扩大,并且将会出现节能减排、远程医疗、智能家居等更多的可以广泛应用的领域。对于电信运营商而言,机器通信业务还有一层重要意义:随着传统通信市场的逐渐饱和,机器通信业务成为运营商拓展空间的重要方向。这是因为,未来连入网络的机器数量十分可观,甚至超过连入网络的人的数量。电信运营商逐渐开始重视机器通信业务,并积极投身到机器通信业务的推进工作中。例如,Orange面对M2M业务,针对不同需求类型的客户,分别推出了通道化业务、标准业务平台业务和行业定制化业务。而在中国,中国电信和中国移动都在机器通信领域进行了大量的探索和实践工作。面对庞大的应用需求,在产业各方的积极推动下,机器通信业务将向规模化、泛在化、产业化的方向加速发展。那么,相对于传统的数据通信业务,机器通信有哪些特点?通信网络如何承载机器通信业务?这些问题已经成为当前通信界关注的热点。2机器通信特点我们可以从多个角度来观察并分析机器通信的特点。例如数据的流向、数据流量所需带宽、机器终端的移动性、传输操作的触发机制和时间特性等等。(1)反向流量是机器通信的主要流量当前的大多数机器通信业务,处于机器通信发展的第一个阶段,特点是以信息采集为主。如智能测量中的抄表应用、水文监测应用、环境监测应用等。信息的流向是从采集点的机器终端通过通信网络传送到客户的后端应用系统。借用移动蜂窝网的术语,当前的机器通信业务以反向流量为主。随着机器通信发展第二个阶段的出现,远程控制功能得以加强、信息类应用广泛出现,前向流量会逐渐增加。而到了第三个阶段,机器通信的目标变成了其它机器,这种场景下数据流向特征可能就是基本对称了。总的来说,综合机器通信类应用的特点,尤其是后端客户应用系统的中枢智能特征等因素,反向流量将仍然长期是机器通信的主要流量。与此形成对照的是,目前手机终端的数据流量、上网卡的数据流量主要以前向流量为主。(2)小流量业务是机器通信主体从数据流量所需的带宽来看,机器通信大致可以分为大流量业务和小流量业务两大类。大流量业务主要体现在两类应用:视频采集类应用和数据汇聚传输类应用。视频采集类应用从监视区域采集视频信息以流媒体的形式上传到远端平台。在环保监控类应用、公交监控类应用中都有实际使用。数据汇聚传输类应用的主要体现形式是使用无线路由器的应用场景。大流量业务之外,更广泛的机器通信需求集中在小流量业务中。这些小流量应用的典型特征是一次通信过程中传输的数据极其有限,也就在1~10kbit/s之间。这样的数据传输量,在通信质量较好的2.5Gbit/s蜂窝网,如CDMA1X网络里,数秒之内就可以传输完毕。典型案例如出租车辆的轨迹跟踪,一次通信过程主要向后端应用系统传送定位信息。而定位信息主要包含经度、纬度、高度、速度等信息,数据流量很小。甚至一些开关量应用,每次数据传送只是“开”或者“关”信息,数据流量就更小了。从当前应用情况来看,小流量业务是机器通信的主体。(3)大量终端具备低移动性的特点从机器终端的移动性角度来看,机器通信类应用有4种情况。第一种是大范围移动的机器终端,如车载终端,尤其是出租车车辆的车载终端;第二种是游牧型的机器终端,如无线POS;第三种是在一个很小范围内移动的机器终端,如在家居环境中的远程健康监测终端;第四种则是基本不移动,甚至可以说是在固定地点接入的机器终端,如很多用于环保监控的终端,基本就固定在环保监控源附近。
虽然有4种类型的机器通信类应用,需要指出的是,符合第四种情况的机器终端应用,不在少数。(4)机器终端传输操作的触发机制和时间特性各不相同从传输操作触发机制和时间特性来看,主要可以分为3种类型。第一种是条件触发的即时性传输类型。此类机器终端在满足某种条件的情况下,将包含相关信息的数据立即传送到后台应用。所谓“某种条件”,会因具体应用的不同而存在不同情形。例如,开关量监控类应用,一旦开关量发生变化,终端应立即上报信息;指标监控类应用,一旦指标超过门限,终端应立即上报信息。位置触发类应用,一旦终端到达一定地域,终端应立即上报信息。第二种是时间触发的即时性传输类型。例如,车辆轨迹跟踪类应用。一般情况下,车辆终端会以一定时长为周期,周期性的上报车辆的定位信息。触发数据上报操作的是以时间为基准的内部触发机制。第三种是时间触发的非即时性传输类型。此类应用主要用于特定时刻的数据收集,后端应用采集这些数据主要用于后分析。此类应用,并不强调数据上传的即时性。终端可以在数据产生后的一定时间内上传数据即可。(5)机器通信的其它重要特征机器通信的一个重要特点就是通信终端的“程序自动控制”。程序自动控制通信操作,与人为控制通信操作有很大的不同。程序自动控制模式可以让终端在较短时间内产生大量的呼叫。例如,移动的机器终端可能会聚集到一个小区内,并都试图建立和网络的数据连接。由于小区容量有限,出现连接失败的情形。而连接失败的终端被程序控制,很快再次呼叫网络……如此往复,加剧了小区的通信处理负荷,甚至造成小区的拥塞。另外,很多行业终端散布在诸如野外等无法提供电源的地点。虽然可以采用太阳能供电,但出于成本的考虑,绝大多数此类终端只能使用电池供电。为了降低维护保养成本,这些电池供电的终端至少能够持续工作半年,目的甚至能够达到1年以上。这就要求,包括通信单元在内的整个终端单元必须具备低功耗,甚至超低功耗的特征。此外,机器通信还具备诸如“基于组的特性”、“双向触发”等特征。这里不再进行描述。总之,机器通信具备独特的通信模式和特征,对于主要基于传统语音通信和上网业务的通信网络提出了新的要求。3通信网络承载机器通信的演进趋势当前的通信网络,尤其是蜂窝通信网络,在设计时是以所承载的业务主要是语音、上网等业务为前提的。从数据通道来看,无论从承载通道设计、信令交互设计、容量和覆盖规划等多个层面,都主要考虑的是以前向流量为主,以手机终端和上网卡为主的业务。在机器通信业务规模化发展的前景下,笔者认为,通信网络承载机器通信的演进趋势可以划分为3个阶段。如图1所示,即混同承载阶段、区别承载阶段以及远期的独立承载阶段。(1)业务发展初期,通信网络采用混同承载方式在混同承载阶段,通信网络从接入网开始,到核心网的各个环节都没有将机器通信和上网卡等数据业务区分开来。这些不同类型的通信业务,网络采用同一种模式进行承载。造成这种局面的主要原因是网络侧目前不能以比较简单的方式实现区分业务。而且虽然存在一定的需求,业务也开始形成一定的规模。但在机器通信发展的初期,业务规模仍然有限。从投入产出效益来看,没有足够的理由启动对网络的改造。在混同承载阶段,基本处理策略是网络不作大的改动,网络参数基本不变,主要通过终端侧采取一些措施,应对程序自动化等特征带来的问题,间接地增强网络对机器通信的承载能力。同时,运营商也在探索构建针对机器通信的业务平台,例如M2M平台,通过提供针对机器终端的监测控制、以及业务数据路由等功能,从另一方面增强网络的承载能力。(2)通信网络要实现对于机器通信的区别承载毕竟,机器通信有其不同于以往传统数据通信的特征。随着机器通信业务的不断发展,业务规模的增加,逐渐对包括码号资源、传输信道资源等在内的通信网络资源造成了较大的压力。为了避免这种压力对整个通信网络造成大的负面影响,必须在网络侧进行相应的改造来实现区别承载。欧洲电信标准化协会(ETSI)的专家们就此在M2M功能架构中进行了相应阐述,如图2所示:ETSI的专家们提出在接入网、核心网以及传输网层面都可能需要进行改造,以提供承载机器通信的新的网络能力。此外,还需要提供一些服务能力来支撑机器通信业务的承载。笔者认为后者将主要依靠M2M平台的演进来实现,而前者的实现需要根据机器通信的具体特征采取相应的改进机制。例如,针对低移动性、甚至固定安放的机器终端,可以简化移动性管理相关的信令处理流程。这样做,一方面可以减少信令数据流量,另一方面也可以减少终端通信单元的信令交互操作,从而达到降低功耗的目的。要实现通信网络对于机器信业务的区别承载,通信网络固然要具备针对性的承载机制。但首先,通信网络需要将机器通信业务从众多数据业务中识别出来,才能够进一步区别对待。要实现这种识别功能,可以采取多种措施,例如:机器终端接入网络可以采用单独的网络接入标识符NAI;机器终端可采用独立号段,将其和使用普通号段的终端区分开来;在归属位置寄存器(HLR)等相关设备中,针对机器终端设置相应的区分标识。需要注意的是,一方面,上述这些措施,实施工作量大小不一;另一方面,可能需要多种措施综合使用,方能达到较好的效果。而且,不但是网络承载,包括业务承载(业务开通、计费等)同样需要借助这些手段实现区别对待。(3)远期,通信网络可能需要实现对于机器通信的独立承载当机器通信业务规模继续扩大,和其它共享通信信道的数据业务之间会出现较大的互干扰问题,单纯从技术手段解决可能过于复杂。另外,可能出现大量对通信服务等级协议(SLA)要求较高的机器通信业务。这些因素导致可能需要采用物理或逻辑隔离的网络承载(部分)机器通信业务。这可能包含了物理或逻辑独立的接入网,以及核心网中专设的互联子网。4小结和展望近年来,中国和国际上的通信标准组织在机器通信方面陆续开始开展相关研究。国际电信联盟远程通信标准化组织(ITU-T)主要从下一代网络(NGN)的视角出发关注泛在网的需求和架构等。第三代合作伙伴计划(3GPP)则主要从移动网络出发关注机器通信的需求,以及面向机器通信的网络改进和优化工作。为推动M2M支撑技术的研究,3GPP2在2010年1月曼谷会议上也通过了M2M的立项。明确了当运营商部署M2M应用时,应给运营商带来较低的运营复杂度;优化网络工作模式,以降低对M2M终端功耗的影响等研究领域。中国通信标准化协会(CCSA)于2010年2月初成立了泛在网技术委员会(TC10),统一部署和开展泛在网的应用和技术研究。但总的来看,关于机器通信的标准仍然处于需求和架构分析阶段,即处于起步阶段。从光接入、无线宽带接入、智能业务平台等通信网络的几大发展方向来看,机器通信对于无线宽带接入提出了更多的要求。机器通信业务具有和以往移动蜂窝网承载的数据通信业务不同的通信模式和特征,需要网络作出适应性的改变。如果说,机器通信业务的初始阶段,是业务适应网络。那么我们可以说,机器通信业务的大发展阶段,则应该是网络适应业务。当然,这是一个渐进的过程。而当前正处于从混同承载阶段向区别承载阶段的转变的过程之中。总之,从机器通信业务的承载现状,以及未来物联网的发展愿景来看,目前的通信网络仍然有很多通信需求未能满足。机器通信业务的发展,将进一步推动通信网络的演进。5参考文献[1]DraftETSITS102690V<0.1.3>[S].2010.[2]3GPPTR23.888V0.1.2[S].2010.
1监控系统组成与工作原理
随着移动通信业务的不断发展成熟，无线移动数据通信的应用日益广泛，与此同时，现代列车的过程控制己从集中型的直接数字控制系统发展为基于网络的分布式控制系统，基于分布式控制的MVB（多功能车辆总线）是IEC61375-1（1999）TCN的标准方案，具有实时性强、可靠性高的特点，在列车通信网络中已得到较为广泛的应用，下文对基于以上技术的列车无线监控系统进行介绍。
1.1系统组成列车无线通信系统主要分为3大部分：安装在移动列车上的GPRS/GPS车载终端、监控中心、车载终端与监控中心之间的无线通信网络。车载终端包括GPS卫星接收模块，嵌入式微控制器、GPRS无线通信模块、TCP/IP模块及电路。GPRS无线链路基于GPRS移动通信公众网，包括MSC基站控制器，SGSN业务支撑节点，GGSN网关支撑节点。监控中心包括网关和通信服务器。列车监控系统的体系结构如图1所示。
1.2系统工作原理车载终端是整个系统中唯一安装在车辆上的终端设备，它的主要功能是不断获取列车的位置信息、状态信息，并将这些信息处理后通过无线网络发送到监控中心，且随时接受来自对方的监控调度命令。监控中心是基于GIS智能化的监控管理系统，其主要功能是随时接收车载终端传来的有效信息，并通过屏幕显示出来，再将监控调度的相关命令返回车载终端，通信网络则负责完成车载终端与监控调度中心之间的信息传输。GPRS允许用户在端-端分组转移模式下发送和接收数据，不需要利用电路交换模式的网络资源；从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务，特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。
2车载终端硬件设计
车载终端的基本业务需求是通过GPRS无线链路把卫星定位信息以及列车运行的状态信息传送到监控中心。车载终端的硬件电路主要包括GPRS无线通信模块、微处理器电路、GPS模块、TCP/IP协议转换模块及相关接口电路。考虑到列车GPRS终端低成本、小型化和移动灵活等要求，该系统中采用单片机对GPRS终端进行控制。微控制器的主要作用有：（1）通过AT指令初始化GPRS无线模块，使之附着在GPRS网上，获得网络运营商动态分配给GPRS终端的IP地址，并与目的终端或服务器之间建立连接；（2）通过RS232串口向TCP/IP模块收发数据；（3）从列车通信网络的总线中提取列车的状态信息，进行相应处理；（4）自主或根据远程控制指令采取其他操作。微控制器工作时，用户上位系统向控制器发送工作指令和数据，数据由TCP/IP模块进行TCP/IP协议转换，打成IP数据包，再由MC35模块以GPRS数据包的形式发送到SGSN。GPRS无线模块作为终端的无线收发模块，将从单片机发送过来的IP包或基站传来的分组数据进行相应的处理后再转发。GPRS模块采用德国Siemens公司生产的MC35模块。该模块主要由射频天线、内部Flash、SRAM、GSM基带处理器、匹配电源等组成。GSM基带处理器是核心部件，其作用相当于一个协议处理器．用来处理外部系统通过串口发送AT指令。射频天线部分主要实现信号的调制和解调，以及外部射频信号与内部基带处理器之间的信号转换。系统采用的GPS模块为Motorola公司的M12，该模块具有12个并行通道，体积小、重量轻、功耗低，适用于各类嵌入式设备。由于采用了先进的信号滤波技术，提高了抗遮挡性能，即使在城市、机场及其它靠近无线电辐射源和工业干扰的地方也能正常工作。系统采用的网络处理器芯片是ConnectOne公司的iChipC0661AL。是可升级的通信外设芯片，能仲裁主机设备和互联网间的连接。C0661AL包括存储互联网协议（IP）和配置参数的闪存存储以及足够的SRAM，防止包丢失；还包括有10个同时发生的TCP和UDP插座，以及用作服务器的2个TCP收听插座，有睡眠模式以降低功耗（典型10uA）。整个车载终端的硬件原理框图如图2所示。
3车载终端与列车通信网络的接口实现
列车内车载终端的主要功能之一是从列车通信网络总线中提取列车状态信息，经处理后由无线传输装置发送出去。因此，车载终端与列车MVB总线的接口至关重要。MVB网络接口单元（简称“MVB网卡”）主要负责实现物理层信号的转换，执行数据链路层的通信规程，同时为CPU提供软件接口，是实现MVB网络连接的关键。根据列车中所需监控设备的特点和MVB的通信规约，该系统选择带BA（总线管理）功能的MVB-II型网卡。在实际运行中，列车内各种设备的模拟量信号通过车载微处理器进行处理之后，传递给MVB协议控制器，经过协议变换后将信号传至MVB总线；现场数字信号量数据经过数据采集模块采集传送到车载FPGA，经过曼彻斯特编解码器转换后经由MVB接口电路传到MVB总线，进而通过MVB-II型网络接口单元处理，进行相应的协议转换，传递给车载终端系统中的主控单片机，由单片机对这些信号进行相应处理后传递给TCP/IP模块，为后续通过GPRSModem以无线的形式发出进行相应的协议准备。
4系统软件设计
监控中心直接连接因特网，通过TCP/IP协议与建立起通路的终端进行通信，双方采用先连接后通信的模式，通信过程中通路始终建立。该系统利用C++Builder进行网络通信编程，监控中心与终端设备通信通过Socket形式实现。GPRS远程通信终端对应Socket通信工作的客户端，而服务器端则对应监控中心的上位机。客户端先向服务器端发起连接请求，在接到客户的连接请求后服务器即为其建立一个连接并给出应答请求，同时把与该连接有关的信息加入到用户链表，服务器利用此链表管理客户。客户端在接到服务器的应答请求时做出响应，从而建立一个端到端的连接。建立连接后客户端和服务器即可通过该连接进行交互。车载终端方面，单片机首先对MAX232进行初始化，完成与外接模块协商处理，如波特率、是否有奇偶校验等。接着通过串口1对MC35模块进行初始化，检查GPRS网络信号等情况。接下来进行中断扫描，监控是否有数据到来。有数据时，若为外部数据，即启动数据打包处理过程；若为GPRS数据，即启动数据解包处理过程；若无数据，系统则进入节电模式。在数据打包处理过程中，若检测到系统信号不好，将进行数据发送缓存处理，同时将数据放进发送队列等待发送。
5结语
